某機載導航信號角度參數校準技術

陸強　孫昊　程翊昕

摘要：本文介紹了一種針對導航試驗系統的集成數字化角度參數校準技術解決方案，最終解決了相關試驗系統的校準溯源問題，實現了相關導航產品的校準溯源。

關鍵詞：引導信號;機載導航;校準技術

中圖分類號：V249 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0131-01

測角信號由前導碼、扇區信號、“往”掃時隙、暫停時間和“返”掃時隙組成。其中：前導碼和扇區信號是采用DPSK調制方式的數字調制信號，機載設備可通過前導碼識別仰角和方位角。“往”掃時隙和“返”掃時隙是采用幅度調制的模擬調制信號，往返脈沖的時間間隔經過換算即為方位角和仰角信息。

地面/艦載設備按照精確的時分多路復用格式發射各類調制后的數據信號和角度引導信號，并在覆蓋扇區內快速往返掃描，覆蓋區內任何一架裝有機載設備的飛機都能接收到引導信息，當往返波束信號掃過飛機所在位置由機載設備接收后，通過解調和處理，得到所需信息并測量往返脈沖時間間隔，計算出飛機的方位角和仰角，與精密測距設備配合完成著陸。角度和時間換算關系如圖1所示。

圖1中T0是飛機以零角度進近時接收到的往返脈沖包絡頂部峰值的時間間隔，是固定值并與信號的掃描速率有關;t是飛機以任意角度進近時接收到往掃脈沖和返掃脈沖的時間間隔。角度計算公式為：

對應的時間間隔的最大允許誤差要求根據下式計算：

信號采用模擬調制的方式產生“往”脈沖信號和“返”脈沖信號，這兩個脈沖信號的形狀有著嚴格的定義，1°對應50μs，即0.001°對應50ns。

角度校準的擴展不確定度為0.002°，可計算得校準系統對角度信號包絡時間間隔測量的最大允許誤差應小于200ns，因此角度校準的實現方式為信號包絡的時間間隔測量，如圖2所示。

由此可見為保證測量精度，雙脈沖的定時點選取應盡可能準確一致，其誤差直接關系到角度測量的準確程度。在項目研究過程中試驗了數字信號求導運算法和半幅點定時法兩種方案來解決定時點提取問題。

由于脈沖包絡波形的斜率在信號上升初期較為陡峭，此時對其進行時間標定可以提高測量的準確度，因此本項目采用半幅點來確定往返脈沖的時間點。將脈沖信號包絡幅度的半電平點作為雙脈沖統一的定時點，能夠大幅減小頂部平坦帶來的定時誤差。由于脈沖包絡波形的斜率在信號上升初期較為陡峭，此時對其進行時間標定可以提高測量的準確度。

首先，測量脈沖包絡峰值電平，記為V0;

其次，對采樣數據進行截取，通過采樣率計算電平值為V0/2的數據點時刻;

最后，對多個數據點進行插值處理，精確計算雙脈沖時間間隔。

同時，在測量過程中，利用高斯白噪聲期望值為零的特性，采用平均的方法去除噪聲的影響，選擇合理的平均次數可以使信號在不失真的情況下大幅減小重疊噪聲，對消除廣泛范圍的噪聲可以達到其他方法無法達到的效果。

數字化模塊采集到的信號幅度由信號幅度A（t）和噪聲幅度N（t）相加，即：

在采樣周期內，任何采樣點的幅度值是噪聲和信號的和，即：

m次重復后相加的值和為：

在采樣點i位置的信號組成部分周期相同。如果信號穩定，掃描十分均衡，在采集m次脈沖后，信號幅值是各時間位置的m倍：

在隨機干擾條件下，假定信號與噪聲沒有聯系，噪聲幅度相加的值為0 ，假設第i次采樣噪聲的均方差值為，則：

則m個周期后的噪聲與信號幅度比為：

因此，在平均m次的情況下，噪聲與信號幅度比會降低倍，很好的解決了信號抖動過大、幅度不穩定的問題。

參考文獻

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An Airborne Navigation Signal Angle Parameter Calibration Technique

LU Qiang，SUN Hao，CHENG Yi-xin

（The 20th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Xi'an Shaanxi? 710068）

Abstract：This paper introduces an integrated digital angle parameter calibration technology solution for the navigation test system， which finally solves the calibration traceability problem of the relevant test system and realizes the calibration traceability of related navigation products.

Key words：pilot signal; airborne navigation; calibration technique